炮彈如何增加射程?

香榭麗舍15


圖注:大口徑自行榴彈炮發射制導炮彈,注意炮彈尾部有尾焰,說明炮彈採用了火箭助推增程技術

炮彈的射程,與炮彈的初速有關,初速大則射程大。但對於火炮來說,要提高炮彈的初速,不是一個單純增大炮長和炮徑的問題,會遇到一系列難以協調的限制條件,所以,炮彈的初速其實存在一個極限,這也就決定了炮彈的射程有其極限,例如52倍徑155毫米大口徑火炮,最大射程不會超過五六十公里,而62倍徑127毫米艦炮,射程最多也就是三十公里左右。如果一定要讓炮彈的射程突破現有水平的話,途徑只有一個,就是讓炮彈採用增程技術。

炮彈增程有兩個途徑,首先是氣動外形減阻。舉例來說,可以優化彈體頭部的長細比和曲線,還有舵面設計上,可以優化前緣後掠角,以及適當選擇翼型厚度,等等。氣動外形減阻對增加射程有一定的幫助,但效果比較有限,大約可以增加射程的20%左右。

炮彈增程,效果最明顯的還是發動機增程,即在炮彈底部增加一臺助推發動機,炮彈出膛後不久,尾部的發動機開始工作,向後噴出高溫氣流,類似於導彈飛行的推動力一樣,推動炮彈獲得更強勁的飛行動力,可以極大地延伸射程,從試驗數據來看,現在的普通炮彈在其後增加一部助推發動機的話,其對射程的貢獻大概可以達到70%左右。當然,炮彈的發動機增程也不是無限制的,它在設計時需要綜合考慮彈徑彈長以及重量的因素,是一個整體優化設計的結果。


兵工科技


這是一個面多了加水,水多了加面就能解決的問題。根本在於如何提高炮彈出膛時的“初速”!

首先大家知道最簡單的方法是增加火藥來增加膛壓“炸”出炮彈,這樣打的遠。但是,如果炮管強度不夠呢?炮彈沒出去反而把炮管“炸膛”,這樣顯然就得不償失了。(炮管強度有極限)

射程三要素:火炮倍徑(炮管與口徑的倍數)、炮彈裝藥量、炮彈研發。

其實想增加炮彈的射程還是要看炮的設計,好的大炮設計甚至可以把“射程”增加到外太空去!(大炮發射衛星)至於炮彈的裝藥量和研發變形,受限於炮管的制約很大。

對炮彈增程作用有限,W君會在片尾做個簡單介紹。

一般說來,口徑越大的火炮炮管越長、管壁越厚,炮彈的重量也會增大,這樣裝藥量就會很高;射程當然就越遠。一戰時的要塞炮就是例證。

海參崴要塞炮:350mm口徑;炮管長16米;射程35公里

按這個理論人類又發展出列車炮,炮的自身重量也就變得非常恐怖,射程也是大大的得到提高。代表作就是火炮的巔峰----多拉大炮。

多拉大炮:800mm口徑;炮管長32.48米;射程47公里

多拉之後,由於武器系統的變化,火炮趨向精確化和速射化。對火炮的射程不再有強烈的需求。但是,人類對於火炮的用途產生了新想法,那就是-------利用火炮發射衛星。

巴巴多斯大炮:406mm口徑;炮管長36米;射程將90公斤的彈丸達到距離地面180公里的高空

在放棄了殺傷效果後的火炮----巴巴多斯大炮,打出了火炮界的“吉尼斯”。在這時火炮的出膛速度已經是2km/s!它的炮管採用兩根戰列艦的炮管頭尾對焊,同時使用類似軌道炮那樣的炮管支撐框架,同時還特意設計了火箭助推的增程炮彈。取得的成績是至今也無法超越的身管炮射程記錄!

在未來炮彈的增程還將開啟一個劃時代的變化!電磁炮的出現使出膛初速達到了一個理論上可怕的指標:11km/s!要知道,第一宇宙速度只是7.9km/s;第二宇宙速度是10.848km/s。到那時隨便一發電磁炮發射的炮彈,假如脫靶了,炮彈就可以脫離地球當太陽的衛星啦!那個射程可是沒法計數的啦(上去下不來。。。星際距離?)。

接下來是炮彈的自身增程的彈種:炮射導彈、火箭助推、彈翼滑翔這三種是增程彈的主力彈種。W君覺得這些彈種對於炮兵這種大火力範圍毀傷的兵種來說是“特種”的特種,太過稀有。對於增程這種普遍性較強的事件,不具有說明性。


軍武數據庫


炮彈可以通過加裝藥包的方式達到增程目地。


我們可以看到這是一枚160毫米迫擊炮彈,簡稱160迫擊增程彈,其在彈體及尾翼之間的管柱上有一些小洞孔,這個洞孔就是用於加裝增程藥包的。普通160彈一般射程為5公里,加裝增程藥包後其射程能達到8一12公里。

我軍裝備160迫擊炮不多,主要是120毫米迫擊炮為主,160炮及彈生產大多是外貿,主要供給中東地區阿拉伯國家,伊拉克也曾經大量裝備我國生產的160迫擊炮及炮彈。


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炮彈的種類有很多種,可以按照炮彈的口徑進行分類,也可以按照彈丸和藥筒的裝配關係分類,還可以按照炮彈的裝填方式等方式進行分類。

傳統的增加炮彈的射程的方法就是增加藥室容積,以容納更多的火藥來增大炮彈的膛壓來增加射程。但是火炮的藥室容積並不能一味的增大,過大的膛壓對火炮身管材料的應用及壽命都會有影響,像155毫米的火炮藥室容積最大也就在23升左右,所以當面對23升的藥室容積發射榴彈的射程只有不到30千米時,要想增加炮彈額射程就要在炮彈身上做文章了。

如果單純的以如何增加炮彈射程來設計的話,增程炮彈一般可以分類為棗核彈、底凹彈、火箭增程彈、底部排氣彈、複合增程彈、衝壓噴氣增程彈、滑翔增程彈這幾大類。

棗核彈由於炮彈外形看起來就像是棗核一樣,端部是尖尖的,沒有傳統炮彈的等直徑圓柱體中部,所以棗核彈的空氣減阻效果是最好的,但是棗核彈受制於彈體的特殊結構,炮彈的裝藥量要比傳統的炮彈裝藥量小,所以在威力上要比其他彈藥的威力差,還有就是棗核彈的精度比較差,以及外形原因不適合自動裝彈機,所以慢慢的也就被其他種類的彈藥替代,像155毫米的火炮在發射棗核彈的時候最大射程可以達到40千米左右。

底凹彈,就是在普通彈丸的底部採用底凹結構而成。它的外形有更好的流線型。它是從改進彈來提高射程的一種新彈。底凹結構使彈丸形成較好的飛行姿態,從而使彈丸阻力降低,精度提高,威力也有所增大。由空氣動力學理論我們知道,彈丸飛行時受到的阻力為頭部阻力、摩擦阻力、尾部阻力、底部阻力及引信部分的附加阻力之和。氣流流過彈體表面,在底部附近,氣流對底部幾乎是滯止的,由於底部沒有來自其它方面的補充空氣流量,底部氣流變得稀薄起來,因此在底部空間不可避免地形成一個低壓區,並且後面還出現了一個渦流區。這個底部低壓區就是產生底阻的主要原因。如果在彈丸底部增加一個底凹結構,使它起著阻礙外部氣流對底部的引射作用,從而降低了底部阻力。這就是在彈丸底部製成底凹的主要原因。底凹彈的增程效果,確切地說,並不是單純靠底凹結構實現的,而是靠底凹結構、更加流線型的細長彈形、發射藥比一般彈丸多以及彈重減輕等等綜合因素實現的。由於彈底有底凹,使彈丸重心前移,減小了張動,還由於彈丸更加流線型而使彈丸底阻減小,從而使最大射程約增加7-10%。

火箭增程彈的彈丸尾部裝有火箭發動機,用以增加彈丸射程的炮彈。發射時,它像普通炮彈一樣開始在炮膛內運動;飛離炮口一定距離後,火箭發動機開始工作,提供推力,增大射程。火箭增程彈靠自身旋轉穩定或靠尾翼穩定。前者稱旋轉式火箭增程彈,因彈長受穩定性要求的限制,火箭發動機較短,增程較小;後者稱尾翼式火箭增程彈,其增程幅度較大,增程率通常約為25%~100%。國產的火箭增程彈的最大射程據說可以達到70千米。

但是受限於火箭增程彈的結構比較複雜,生產成本較高,採用增程措施佔用了彈內的容積,相應減少了炸藥裝藥量,使威力有所降低;射擊密集度又低於普通炮彈,使其發展受到了一定的限制。

底排彈就是底部排氣彈,是指炮彈飛行中所受的底部阻力。彈丸在飛行中衝開空氣向前運動時,頭部所承受的空氣壓力極大,而尾部由於慣性作用,空氣還來不及填充彈丸運動所造成的局部空氣稀疏,所承受的空氣壓力比彈頭要低。這種彈丸頭、尾部之間的壓力差就導致了一個從頭向尾的空氣壓力,其方向和彈丸飛行方向相反,這就是所謂的底部阻力。如果設法填補彈丸尾部的局部稀疏區,提高壓強,就可以減少底部阻力。在彈尾增加一個燃氣裝置,用其所排出的燃氣填充彈尾稀疏區,有效減少彈頭和彈尾的壓力差,是底部阻力大大降低,進而提高了射程。但是由於採用額外的火藥用於底部產生燃氣,所以在飛行過程中的重心會發生較大的變化,所以精度比較差。而且燃氣的火藥佔據了炮彈空間,在彈藥威力上也要差一點。像我國的05式自行火炮在發射底排彈的時候最大射程可以達到50千米。

複合增程彈就是將普通的底排彈和火箭增程彈結合在一起,由於有兩種助推力的發生,所以也可以稱之為複合增程彈,像美國的XM982炮彈、俄羅斯的152毫米炮彈都是複合增程彈藥。

衝壓噴氣彈就是將整個炮彈設計成一枚可以從火炮炮管發射的衝壓發動機,並且由於衝壓發動機的推動力,炮彈的射程能夠與大幅度增加,像我國研製的這種炮彈的最大射程已經能夠達到100千米了,而且炮彈的頭部還可以採用精確制導裝置,是炮彈的精度能夠大幅度提高。不過目前各國都還處於研發即將裝備階段,依目前的消息來看,韓國的K9有可能是第一個發射瑞士納莫公司的衝壓噴氣彈的火炮。

最後就是滑翔增程彈了,此類彈藥就是利用彈體的可操縱翼面藉助火箭發動機的推動力,能夠大幅度提高炮彈的射程,就像是一枚微型導彈一樣,所以彈體長度直徑並不受火炮身管的限制,可以用於各種口徑的火炮,像美國的神劍制導炮彈就是屬於這種炮彈,射程可以達到70千米,還有像美國海軍的增程制導炮彈,據說最大射程可以達到120千米。還有像我國的WS35,就是這種彈藥。


魑魅涅槃


第一,改變彈頭形狀

常規的炮彈,底部是平的,高速飛行時在飛行軌跡後會形成低壓區,給彈頭一個向後的拉力,降低了射程。將炮彈做成棗核型,用彈體填上這個空,就可以增加射程。難度低,加工工藝要求比較高。

第二,底部排氣,不是火箭發動機,是排出來的氣填上前面說的低壓區。技術難度低,加工工藝也不難,也不會太大減少裝藥。

第三,火箭增程彈頭,就是塞了個小型的火箭發動機在屁股後面,能提供推力,同時也能填上低壓區的空。技術難度大,工藝極其複雜,增程明顯。缺點影響裝藥量,如果沒有導引頭命中率慘點。


滿船清夢壓熙和


火炮增加射程有幾個方法,最簡單的當然是增加發射藥,不過,增加了發射藥之後,膛壓,燒蝕都會增加,所以,一般會配合增加身管長度。比較明顯的例子就是著名的布爾博士的45倍革命。布爾的設計是23升的發射藥配合45倍身管,的確大大增加了射程,配合他設計的棗核形炮彈,一下子把155榴彈炮的射程增加到39公里左右。很多國家都引進了這個技術,包括中國。但是,實際研究後 大國們份份發現,45倍並不能最好的發揮23升發射藥的效率,最終把理想的身管定在52倍。中國研發45倍的自行榴彈炮但是隻是出口給了中東的油霸們,自己裝備了52倍的。

第二個方法就是增加仰角,一戰的戰列艦在戰後改造的一個重點就增加主炮的仰角,射程增加了很多。理論上,45度當然是射程最遠的角度了,但是由於空氣阻力的存在,50度多一點的仰角能讓炮彈在高空空氣稀薄的地方多飛一段,生成會更遠,比如著名的巴黎大炮。

從彈藥角度講,增加射程可以靠修正外形,比如布爾博士的棗核彈,但是,這個型號的炮彈精度不好,一般只有在出口的時候才用到(賣給油霸和黑叔叔的精度什麼的就不用考慮了,射程數據唬人就行了)。還有就是火箭增程,一般採用在射程最高點啟動火箭,不會一出膛就點火的,增程效果顯著,但是,精度也很感人。不過配合制導炮彈是很不錯的 現在還有增加滑翔翼的,就更嚇人啦。在制導炮彈界有逐漸成為主流的意思。炮彈在飛行過程中,會在彈底行程一個低壓區,這個阻力佔比還是比較高的。棗核彈的設計就是為了儘量消除這個區域。還有一個方法就是在彈底裝一個緩慢燃燒的排氣裝置,用燃氣來增加彈底壓力,降低阻力,增加射程,效果非常好而且對精度的影響也低。是目前主流的增程方式。當然,最喪心病狂的就是一塊上,棗核形的底排火箭增程滑翔炮彈。陸軍火炮能打出80公里上下,海軍炮都能打出120-200的射程。不過這大概已經脫離炮彈的範疇了,基本可以算炮射導彈了。


elicxxx


記得2017年國家最高科技獎獲得者王澤山院士研究火炸藥的,通過模塊化彈藥,在不改變現有火炮結構的情況下,提高裝藥效率和炮彈射程的!他因此獲得國家最高科技獎的!應該效果很好!


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